宇宙岛之争，本文主要内容关键词为：之争论文,宇宙论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“宇宙岛”是19世纪中叶德国科学家洪堡提出的一个概念，他是为了描述宇宙中像我们所在的银河系一样的天体系统。他把这种天体系统形象地比喻为大海中的小岛，而将德文中的welt（宇宙）和inseln（岛）连用，命名它为weltinseln，即宇宙岛。宇宙岛概念提出之后，引起了争论，在经历了一番曲折的历程，直到20世纪发现了河外星系才得到证实和确认。
宇宙岛的概念是在19世纪中叶才提出的，而它的思想渊源则是与对银河和对星云的认识相联系的。
早在17世纪初，意大利物理学家伽利略就首次用天文望远镜看到了比肉眼所看的多得多的恒星，并发现了银河是由无数的恒星构成的。不过，那时多数人仍认为恒星是“固定”在遥远的天球上的光点。1717年，英国天文学家哈雷发现了恒星的自行，这才开始树立起恒星也是一种天体的观念。瑞典的斯维登堡在18世纪初期推测：恒星都是人们所熟悉的银河的成员，它们构成一个完整的体系，这种体系（即银河系）可能不是唯一的。1750年，英国天文学家赖特提出，天上所有的恒星和银河共同组成一个巨大的天体系统，它的形状像是一个车轮或薄饼，太阳系就在其中。站在这个天体系统向外看去，就可以看到银河的形象，他甚至猜测到银河轮廓的不整齐， 很可能是由于太阳不在银河中心的缘故。 1755年，德国哲学家康德在他的著作《自然通史和天体论》一书中，发展了斯维登堡和赖特的思想。他认为貌似“云雾状的星体”实际上是比恒星大几千倍的恒星世界，其中每一个恒星都联系在一个共同平面上，从而组成一个协调的整体。他还认为整个宇宙是无限个这样有限大小的天体系统所组成的总体。1761年，德国学者朗伯提出了一种无限阶梯式的宇宙模型，他认为太阳系是第一级体系；太阳及其周围的许多恒星构成的恒星集团是第二级体系；银河系是这种庞大的恒星集团的总合，构成了第三级体系；第四级、第五级以此类推直至无穷。可见，这时宇宙岛的概念虽然还没有明确提出，但是已经有了这种基本思想。
“宇宙岛”的提出者——德国科学家洪堡（1769—1859）
这些见解都是相当出色的思想，但是当时人们在概念上还是有一些混乱。比如，对“云雾状星体”，有的天文学家把它理解为星云；康德则理解为星系。这种混乱表现在当时对于宇宙和天体的认识还处于较为肤浅的阶段，想象与猜测的成分居多。尽管有的想法是正确的，但是也需要通过观测和研究加以证明。特别是有这样两个问题急需回答：其一是众多的恒星与银河是否组成了独立的整体；其二是在这样一个系统之外是否还有类似的恒星集团。
正是在这样的背景下，英籍德国天文学家赫歇尔从观测的角度把认识推向了深入。他是通过业余自学而进入天文学领域的，凭着几十年坚韧不拔的努力，终于成为世界上赫赫有名的天文学家。他自己磨制了一架又一架的反射望远镜，一夜又一夜地观测天空。1781年，他发现了天王星。1783—1802年，他对星团和星云进行了系统的观测，赫歇尔最重要的观测工作就是对银河系结构的观测与研究，他不满足于斯维登堡、赖特、康德、朗伯等人的猜测。他采用取样统计的方法，观测事先选定的许多特定天区，一一数出这些天区中的星数以及亮星与暗星的比例。他发现，在银河附近比远离银河方向上同样面积的天区中的恒星数目要多得多。他通过1083次观测，一共数了683个取样天区中的117600 颗恒星，获得了丰富的观测资料。1785年，赫歇尔给出了一幅扁平、轮廓参差不齐、太阳居中的银河结构图，首次用观测证明了银河与众多恒星确实构成了一个天体系统，这就是银河系。赫歇尔还做了一项在当时非常有影响的工作，那就是对星云的观测。他使用当时首屈一指的反射望远镜观测那些“云雾状天体”（当时也有人称之为“无星的星云”），一共选择了29个观测对象。结果，它们中的极大多数都被分解为一个个暗弱恒星的集合体，赫歇尔认定“星云”就是星系。他还指出，一些在现在的望远镜中无法分辨出恒星的“星云”，在更大的望远镜中也许会分辨出恒星来。由于赫歇尔的声望，他的结论一发表就产生了很大的影响。这对人们接受“宇宙岛”的思想产生了积极的作用。
是否所有的星云都如同赫歇尔所说的那样，可以分解为恒星呢？不一定，事实上赫歇尔本人在1790中就观测到这样一个星云，它的中央有一颗星，四周则是云，他把它称之为“行星状星云”。这种星云无法分解为无数暗星的集合体，这说明真正的云状物是存在的。后来，他又观测到许多弥漫星云，也都无法分解出恒星。于是，他又否认了以前所得到的结论，放弃了星云就是宇宙岛的见解。而且不久以后，法国著名数学家、天文学家拉普拉斯独立于康德提出了太阳系起源于星云的理论。同时，由于拉普拉斯的工作有较好的科学基础，再加上拉普拉斯本人的学术声望，他的学说很快就得到了公认。这也使人们相信宇宙中存在星云是必然的，而星云就是宇宙岛的说法就被人们冷落了。
1845年，一架口径为1.8米的巨大反射望远镜投入了观测。 一开始似乎带来了某种希望：原先不能分解的星云有的被分解了。但是进一步的观测表明，仍然有不少星云分解不开，星云到底是不是宇宙岛的争论仍然无法定论。
在这之后，由于物理学关于光谱研究的推动，天体分光术成为研究天体的一种新手段。意大利的赛奇和英国天文学家哈金斯曾观测恒星和星云的光谱，发现恒星的光谱与星云的光谱是不同的。恒星的光谱是连续光谱上有吸收线，而气体星云的光谱则是一组明亮的谱线。这一发现似乎给出了判断的标准，如果天体的光谱是明线光谱，那它就是气体星云；如果天体的光谱是连续背景上加吸收线，它则是恒星或者是宇宙岛。可是，实际上问题没有这么简单，因为在实际观测中发现，有些典型的星云却表现为恒星光谱。而有些通过望远镜已被分解为恒星的星云，它的光谱既不表现为明线光谱，又不表现为吸收光谱，而是连续光谱。哈金斯于1864年用分光镜观测位于天蝎座的一个行星状星云，发现它的光谱是明线光谱，这表明它不是一些恒星，而是发光的气体云。他进一步将观测对象扩展到其他星云，发现它们的光谱也属于明线光谱，这更使他断言星云是气团。这样一来，宇宙岛之说简直就站不住脚了。
更为激烈、直接的交锋发生在20世纪初期。1915年，美国天文学家柯提斯想到可用自行同视角速度之间的关系求星云的距离，通过这一距离可以判断是否有宇宙岛的存在。如果星云的距离比银河系的范围大，则说明它确远在银河系之外，一定就是宇宙岛；如果星云的距离比银河系的范围小，那它就是银河系的成员了。这个想法无疑是有道理的，不过首先要解决的是银河系有多大，星云的距离有多远？柯提斯统计了66个星云的自行，并参考了资料，得出了星云的距离是一万光年的结论。现在，我们知道河外星云的自行一般非常小。所谓自行就是恒星或星云在一年内沿垂直于视线方向所走过的距离，一般天体的自行一年不超过1角秒。如果想通过这种方法来求得星云的距离， 只有在相当长期的观测资料基础上才有可能测量出来。在20世纪初期包括柯提斯在内的这些测量中，大多存在着这样那样的错误。柯提斯恐怕也意识到了这一点。后来他修正了这一结果。他将仙女座大星云新星的视亮度与银河系新星的绝对亮度加以比较，估计仙女座大星云的距离约50万光年。更远的星云达2000万光年，大大超出银河系的范围。所以，柯提斯认为宇宙岛确实存在。美国天文学家沙普利在1918年，根据球状星团里造父变星的资料估计出银河系的直径约为30万光年。在这一结果的基础上，抄普利认为不存在宇宙岛，所谓的宇宙岛是银河系边缘的一些星云状天体。这两种观点相持不下，为了对宇宙岛之争展开广泛的讨论，1920年4月， 由当时的威尔逊山天文台台长海尔发起，在美国科学院召开了“宇宙尺度”辩论会。柯提斯和沙普利分别代表对立的两方，展开面对面的论战。这就是天文学史上有名的“沙普利一柯提斯辩论”，我们也称之为“宇宙岛之争”。这场辩论的论题是银河系的大小和旋涡星系的真相，两个论题之间是相关的：若银河系足够大，而旋涡星云很近、很小，则银河系包含旋涡星云，旋涡星云是银河系的组成部分；反之，旋涡星云则是银河系之外独立的宇宙岛。当时，人们观察到一类旋涡星云，并且已经认识到了这类星云比发出明线光谱的形状不规则的星云要远。所以，问题的关键在于确定银河系的大小和旋涡星云的距离。柯提斯根据旋涡星云状的新星亮度估计该星云的距离，继续为宇宙岛的存在进行辩护。沙普利则着重论证银河系的尺度，他曾提出了一个银河系模型，并且得出太阳不在银河系中心的正确结论。不过，他忽略了星际消光，误以为银河系就是整个宇宙，而继续坚持旋涡星云是隶属于银河系的星云状天体。这场辩论，双方各自据理力争，当时难分胜负。
最终，宇宙岛之争是靠观测的进展解决的。1924年，美国天文学家哈勃用威尔逊山天文台的2.5 米口径的望远镜（这是当时世界上最大的望远镜）成功地把仙女座大星云的边缘部分分解为恒星，并在里面发现了几颗经典造父变星。他利用造父变星的周光关系定出仙女座大星云的距离为80万光年（现在公认的实测值为220万光年）， 远在银河系之外。1924年底，哈勃在美国天文学会上宣布了这一重要发现。这一发现非常有说服力，从此人们认定了仙女座大星云等实际都不是星云，而是银河系之外的恒星世界即宇宙岛，现在称之为河外星系。
从宇宙岛的提出到确认以及伴随着的争论，充分表明人类对宇宙和天体的认识走过的是一条艰难而曲折的道路。新的思想和新的观念最初总是比较粗糙，它本身需要一个完善的过程。宇宙岛思想刚提出时是超前的，由于受到观测手段和研究方法的限制，人们一下子还不能予以证实。所以，走一个曲折的路也是很自然的。在这一过程中，不同意见的争论正是使人们的认识由片面走向全面的推动力。
标签：宇宙起源论文; 最大的恒星论文; 天文论文; 银河系论文; 光谱论文; 银河系中心论文; 银河论文; 宇宙学论文;